در دنیای تولید قطعات پلاستیکی به کمک قالب سازی پلاستیک، انتخاب نوع قالب تزریق پلاستیک یکی از تصمیمات مهمی است که بر کیفیت محصول نهایی، هزینه تولید و بهرهوری تأثیر میگذارد. دو نوع اصلی قالب تزریق پلاستیک وجود دارد: قالب با راهگاه سرد و قالب با راهگاه گرم. هر یک از این دو نوع قالب مزایا و معایب خاص خود را دارند و انتخاب بین آنها به عوامل مختلفی بستگی دارد. در این مقاله، به بررسی دقیق تفاوتهای قالبهای راهگاه سرد و گرم، مزایا و معایب هر یک، و عوامل موثر در انتخاب نوع قالب میپردازیم.
در فرآیند تزریق پلاستیک، یکی از مهمترین تصمیماتی که طراحان قالب باید اتخاذ کنند، انتخاب نوع راهگاه است. راهگاه، مجرایی است که ماده مذاب از طریق آن وارد حفره قالب میشود. دو نوع اصلی راهگاه وجود دارد: راهگاه سرد و راهگاه گرم. هر یک از این دو نوع، مزایا و معایب خاص خود را داشته و انتخاب بین آنها به عوامل متعددی از جمله نوع ماده پلاستیکی، حجم تولید، هندسه قطعه و کیفیت مورد نیاز محصول بستگی دارد.
قالب تزریق پلاستیک با راهگاه سرد
در قالبهای راهگاه سرد، ماده مذاب از نازل ماشین تزریق (اسپرو) وارد حفره قالب شده و پس از پر شدن حفره، ماده اضافی در راهگاه سرد جامد میشود. به عبارت دیگر، راهگاه به عنوان یک کانال خنککننده عمل کرده و پس از هر تزریق، ماده اضافی در آن به صورت یک قطعه جامد باقی میماند. این قطعه جامد در پایان هر سیکل از قالب جدا شده و به عنوان ضایعات تلقی میشود. این سیستم به دلیل سادگی و هزینههای کمتر، محبوب است.
مزایای قالب راهگاه سرد:
هزینه اولیه کمتر: به دلیل ساختار سادهتر و عدم نیاز به تجهیزات گرمایشی، هزینه ساخت قالبهای راهگاه سرد معمولاً کمتر از قالبهای راهگاه گرم است.
انعطافپذیری بیشتر: طراحی و ساخت قالبهای راهگاه سرد آسانتر بوده و امکان تغییر در طرح قالب و قطعه بدون نیاز به تغییرات اساسی در سیستم راهگاه وجود دارد.
مناسب برای تولید قطعات با حجم کم: برای تولید سریهای کوچک و قطعات با هندسه پیچیده، راهگاه سرد گزینه مناسبی است.
معایب قالب راهگاه سرد:
ضایعات بیشتر: به دلیل جامد شدن ماده مذاب در راهگاه، مقدار قابل توجهی ضایعات تولید میشود که این امر منجر به افزایش هزینههای تولید میشود.
زمان سیکل تولید بالاتر: زمان لازم برای سرد شدن ماده مذاب در راهگاه و جدا شدن ضایعات، زمان سیکل تولید را افزایش میدهد.
محدودیت در استفاده از مواد حساس به حرارت: برخی مواد پلاستیکی در اثر حرارت زیاد تجزیه میشوند و استفاده از آنها در راهگاه سرد با محدودیت مواجه است.
کاربردهای رایج قالب تزریق پلاستیک با راهگاه سرد
تولید قطعات با حجم کم: به دلیل هزینه اولیه کمتر، راهگاه سرد برای تولید قطعات با تیراژ پایین و نمونهسازی بسیار مناسب است.
قطعات با هندسه پیچیده: برای تولید قطعات با هندسه پیچیده و ظریف که نیاز به تغییر مکرر در طراحی قالب دارند، راهگاه سرد انعطافپذیری بیشتری ارائه میدهد.
مواد با دمای ذوب پایین: برای موادی که دمای ذوب پایینی دارند و به حرارت حساس هستند، راهگاه سرد گزینه مناسبتری است.
قالب تزریق پلاستیک با راهگاه گرم
در مقابل راهگاه سرد، در قالبهای تزریق پلاستیک با راهگاه گرم، مجراهایی که ماده مذاب از آنها عبور میکند، به طور مداوم گرم نگه داشته میشوند. این گرم نگه داشتن باعث میشود ماده مذاب در طول فرآیند تزریق به صورت مایع باقی بماند و از جامد شدن آن در راهگاه جلوگیری شود. در پایان هر سیکل، ماده مذاب اضافی به مخزن ماشین تزریق بازگردانده میشود.
نحوه عملکرد راهگاه گرم
در این سیستم، المانهای حرارتی در داخل راهگاهها تعبیه شدهاند که با استفاده از کنترلکنندههای دما، دمای راهگاه را در دمای مشخصی نگه میدارند. ماده مذابی که از نازل ماشین تزریق خارج میشود، وارد راهگاه گرم شده و با حفظ حالت سیال خود، به سرعت به حفره قالب میرسد. پس از پر شدن حفره، ماده مذاب اضافی به صورت مایع به مخزن ماشین تزریق بازگردانده میشود.
مزایای قالب راهگاه گرم:
ضایعات کمتر: از آنجایی که ماده مذاب در راهگاه گرم جامد نمیشود، مقدار ضایعات تولید شده به حداقل میرسد. این امر منجر به کاهش هزینههای تولید و افزایش بهرهوری میشود.
کیفیت بالاتر محصول: یکنواختی دمای مذاب در طول فرآیند تزریق، باعث بهبود کیفیت سطح و خواص مکانیکی قطعه میشود. همچنین، کاهش تنشهای داخلی در قطعه، احتمال بروز عیوب مانند ترک خوردگی را کاهش میدهد
زمان سیکل تولید کوتاهتر: حذف مرحله سرد شدن ماده مذاب در راهگاه و جدا شدن ضایعات، زمان سیکل تولید را به طور قابل توجهی کاهش میدهد.
مناسب برای تولید قطعات با دیواره نازک و پیچیده: راهگاه گرم امکان تولید قطعات با هندسه پیچیده و دیوارههای نازک را فراهم میکند. همچنین، برای تولید قطعاتی که نیاز به پر شدن یکنواخت حفره دارند، بسیار مناسب است.
معایب قالب راهگاه گرم:
هزینه اولیه بیشتر: به دلیل وجود المانهای حرارتی، سیستم کنترل دما و پیچیدگی طراحی، هزینه ساخت قالبهای راهگاه گرم بیشتر از قالبهای راهگاه سرد است.
پیچیدگی بیشتر: طراحی و ساخت قالبهای راهگاه گرم به دلیل وجود اجزای حرارتی و سیستم کنترل دما، پیچیدهتر است.
محدودیت در استفاده از برخی مواد: برخی مواد پلاستیکی به دلیل خاصیتهای حرارتی خود، ممکن است برای استفاده در راهگاه گرم مناسب نباشند.
کاربردهای رایج راهگاه گرم
تولید انبوه: راهگاه گرم برای تولید انبوه قطعات با کیفیت بالا و تکرارپذیری بالا بسیار مناسب است.
قطعات با دیواره نازک: برای تولید قطعات با دیوارههای نازک و هندسه پیچیده، راهگاه گرم بهترین گزینه است.
قطعات با تحمل ابعادی بالا: برای قطعاتی که نیاز به دقت ابعادی بالا دارند، راهگاه گرم به دلیل کنترل دقیق دمای مذاب، انتخاب مناسبی است.
صنایع حساس به کیفیت: در صنایع حساس به کیفیت مانند پزشکی، الکترونیک و خودرو، استفاده از راهگاه گرم برای تولید قطعات با کیفیت بالا بسیار رایج است.
مقایسه جامع قالب تزریق پلاستیک راهگاه سرد و گرم
| ویژگی | قالب راهگاه سرد | قالب راهگاه گرم |
| هزینه اولیه | کمتر | بیشتر |
| انعطافپذیری | بیشتر | کمتر |
| ضایعات | بیشتر | کمتر |
| زمان سیکل تولید | بیشتر | کمتر |
| کیفیت محصول | پایینتر | بالاتر |
| پیچیدگی | کمتر | بیشتر |
تحلیل عمیق تفاوتها و شباهتها
همانطور که از جدول و نمودارها مشخص است، راهگاه سرد و گرم تفاوتهای اساسی با هم دارند. راهگاه سرد به دلیل ساختار سادهتر، هزینه اولیه پایینتری دارد و برای تولیدات کوچک و قطعات پیچیده مناسبتر است. اما از طرفی، ضایعات تولید شده در این روش بیشتر بوده و زمان سیکل تولید طولانیتر است.
در مقابل، راهگاه گرم هزینه اولیه بالاتری داشته و طراحی و ساخت آن پیچیدهتر است. اما این روش، ضایعات بسیار کمی تولید میکند، کیفیت محصول را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد و زمان سیکل تولید را کاهش میدهد. همچنین، راهگاه گرم برای تولید قطعات با طراحی پیچیده و دقت بالا بسیار مناسب است.
عوامل موثر در انتخاب نوع قالب
همانطور که در بالا توضیح دادیم انتخاب بین راهگاه سرد و گرم یکی از تصمیمات کلیدی در طراحی و ساخت قالبهای تزریق پلاستیک است. این انتخاب به عوامل متعددی بستگی دارد که هر یک به نوبه خود بر کیفیت محصول نهایی، هزینه تولید و بهرهوری تأثیر میگذارند. در ادامه به بررسی دقیقتر هر یک از این عوامل میپردازیم:
1- نوع ماده پلاستیکی
مواد حساس به حرارت: برای موادی اولیه قالب تزریق پلاستیک که به حرارت حساس هستند و در دمای بالا تجزیه میشوند، استفاده از راهگاه سرد مناسبتر است. زیرا در این نوع راهگاه، ماده مذاب در تماس با دیواره سرد سریعتر سرد شده و احتمال تخریب آن کاهش مییابد.
مواد با ویسکوزیته بالا: موادی که ویسکوزیته بالایی دارند، نیاز به فشار تزریق بیشتری دارند. در این شرایط، راهگاه گرم به دلیل حفظ دمای یکنواخت مذاب، میتواند به بهتر پر شدن حفره کمک کند.
2- حجم تولید
تولیدات کم: برای تولیدات با حجم کم، هزینه اولیه قالب مهمترین عامل است. در این حالت، راهگاه سرد به دلیل سادگی ساخت و هزینه کمتر، انتخاب مناسبی است.
تولید انبوه: در تولید انبوه، کاهش ضایعات و افزایش سرعت تولید اولویت دارد. در این شرایط، راهگاه گرم با کاهش ضایعات و افزایش سرعت سیکل، گزینه بهتری است.
3- هندسه قطعه
قطعات پیچیده: برای قطعاتی با طراحی پیچیده و دیوارههای نازک، راهگاه گرم به دلیل کنترل دقیق دمای مذاب و پر شدن یکنواخت حفره، مناسبتر است.
قطعات ساده: برای قطعات ساده، راهگاه سرد نیز میتواند عملکرد خوبی داشته باشد.
4- کیفیت مورد نیاز محصول
کیفیت سطح بالا: برای قطعاتی که نیاز به سطح صاف و براق دارند، راهگاه گرم به دلیل کنترل دقیق دمای مذاب و کاهش تنشهای داخلی، کیفیت سطح بهتری را ارائه میدهد.
تفاوتهای ابعادی کم: برای قطعاتی که نیاز به دقت ابعادی بالا دارند، راهگاه گرم به دلیل کنترل دقیق فرآیند تزریق، انتخاب مناسبتری است.
4- هزینه تولید
هزینه اولیه: هزینه ساخت قالب راهگاه گرم به دلیل وجود المانهای حرارتی و سیستم کنترل دما، بیشتر از قالب راهگاه سرد است.
هزینههای جاری: هزینههای جاری مانند هزینه انرژی، تعمیر و نگهداری و هزینه مواد اولیه نیز باید در نظر گرفته شود.
اهمیت مشاوره با شرکت قالبسازی
انتخاب نوع راهگاه یک تصمیم پیچیده است که به عوامل متعددی بستگی دارد. برای انتخاب بهترین گزینه، بهتر است با یک متخصص و شرکت قالبسازی حرفه ای مانند قالب سازی فن آور پلاستیک مشورت کنید. متخصصان ما با توجه به تجربه و دانش خود، میتواند با بررسی دقیق نیازهای پروژه، بهترین نوع راهگاه را پیشنهاد دهد.
مثال عملی:
فرض کنید میخواهید یک قطعه پلاستیکی کوچک با طراحی پیچیده و سطح براق تولید کنید. در این حالت، با توجه به نیاز به کیفیت سطح بالا و هندسه پیچیده، راهگاه گرم گزینه مناسبتری است. اما اگر بخواهید یک قطعه بزرگ با حجم تولید کم و طراحی ساده تولید کنید، راهگاه سرد به دلیل هزینه اولیه کمتر، انتخاب بهتری خواهد بود.
در آخر
در این مقاله، به بررسی جامع راهگاههای سرد و گرم در قالبهای تزریق پلاستیک پرداختیم. مشاهده کردیم که هر یک از این دو نوع راهگاه، مزایا و معایب خاص خود را داشته و انتخاب بین آنها در قالب سازی به عوامل متعددی از جمله نوع ماده پلاستیکی، حجم تولید، هندسه قطعه و کیفیت مورد نیاز محصول بستگی دارد.
سوالات متداول:
تفاوت بین راهگاه سرد و گرم در چه نوع قطعاتی بیشتر مشهود است؟
تفاوت بین راهگاه سرد و گرم در تولید قطعات با طراحی پیچیده، قطعات با دیواره نازک، قطعات با تحمل ابعادی بالا و قطعاتی که نیاز به سطح صاف و براق دارند بیشتر مشهود است. در این نوع قطعات، کنترل دقیق دمای مذاب و پر شدن یکنواخت حفره از اهمیت بالایی برخوردار است که راهگاه گرم به دلیل قابلیتهای خود در این زمینه، نتایج بهتری ارائه میدهد.
آیا میتوان از یک قالب برای هر دو نوع راهگاه سرد و گرم استفاده کرد؟
به طور کلی، نمیتوان از یک قالب برای هر دو نوع راهگاه سرد و گرم استفاده کرد. زیرا طراحی و ساخت این دو نوع قالب تفاوتهای اساسی دارد. به عنوان مثال، در قالبهای راهگاه گرم، نیاز به کانالهای حرارتی و سیستم کنترل دما است که در قالبهای راهگاه سرد وجود ندارد. با این حال، در برخی موارد خاص و با انجام تغییرات اساسی در قالب، ممکن است بتوان از یک قالب برای هر دو نوع راهگاه استفاده کرد.
چه موادی برای استفاده در راهگاههای گرم مناسبتر هستند؟
موادی که برای استفاده در راهگاههای گرم مناسبتر هستند، باید خواص حرارتی خوبی داشته باشند و در برابر حرارت بالا مقاوم باشند. برخی از این مواد عبارتند از:
فولادهای ابزار: فولادهای ابزار آلیاژی مانند فولادهای H13 و P20 به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و سایش، برای ساخت راهگاههای گرم استفاده میشوند.
آلیاژهای نیکل: آلیاژهای نیکل مانند اینکونل و هاستلوی به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا، برای ساخت اجزای حرارتی راهگاههای گرم استفاده میشوند.
مواد کامپوزیتی: مواد کامپوزیتی مانند کربن-کربن و سرامیک-فلز به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و سایش، برای ساخت برخی از اجزای راهگاههای گرم استفاده میشوند.
عوامل دیگری که در انتخاب ماده مناسب برای راهگاههای گرم موثر هستند عبارتند از:
دمای کاری: دمای کاری راهگاه
محیط کاری: محیط کاری راهگاه (خورنده یا غیر خورنده)
هزینه ماده: هزینه ماده اولیه
انتخاب ماده مناسب برای راهگاههای گرم به عوامل متعددی بستگی دارد و باید با توجه به شرایط خاص هر پروژه صورت گیرد.